Computerprogrammering en gensynthese lijken weinig gemeen te hebben. Maar volgens de Universiteit van Cincinnati professor Andrew Steckl, een Ohio Eminent Scholar, maakt sprongen vooruit in technologie in de eerste hem optimistisch dat grootschalige genproductie haalbaar is.

Steckl en zijn student, Joseph Riolo, gebruikten de geschiedenis van de ontwikkeling van microchips en grootschalige computersoftwareplatforms als een voorspellend model om een ​​ander complex systeem, synthetische biologie, te begrijpen. Steckl zei dat het project werd geïnspireerd door opmerkingen van een andere student in zijn groep, Eliot Gomez.

"Geen enkele analogie is perfect. DNA voldoet niet aan bepaalde definities van digitale code," zei Riolo, "maar er zijn veel manieren waarop het genoom en de softwarecode vergelijkbaar zijn."

Hun analyse werd gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports.

Volgens de UC-studie heeft synthetische biologie het potentieel om "de volgende baanbrekende technologische menselijke vooruitgang na micro-elektronica en internet" te zijn. De toepassingen zijn grenzeloos, van het maken van nieuwe biobrandstoffen tot het ontwikkelen van nieuwe medische behandelingen.

Wetenschappers van het J. Craig Venter Institute creëerden het eerste synthetische organisme in 2010 toen ze een kunstmatig genoom van Mycoplasma mycoides in een andere bacteriële cel transplanteerden. Dit relatief eenvoudige kunstmatige genoom duurde 15 jaar om te ontwikkelen en kostte meer dan $ 40 miljoen.

Maar door de ontwikkeling van computerchips als richtlijn te gebruiken, zei Steckl dat we kunnen afleiden dat de snelheid en kosten van het produceren van een vergelijkbaar synthetisch leven een vergelijkbaar traject kunnen volgen als de prestaties en kosten van elektronica in de loop van de tijd.

Het artikel belicht de vergelijking en overeenkomsten tussen biologische en digitale codeertalen in termen van alfabet, woorden en zinnen. De auteurs onderstrepen echter dat DNA-codering - de combinaties van adenine, guanine, thymine en cytosine waaruit een genoom bestaat - slechts een deel van het complexe verhaal van genen vertelt en zaken als epigenetica weglaat.

"Ten tweede kan de functionaliteit van bio-organismen worden omschreven als bottom-up, gedistribueerd, zelfreplicerend en niet-deterministisch; terwijl het ontwerp en de functionaliteit van computersystemen top-down, geconcentreerd, (nog) niet zelfreplicerend en deterministisch zijn," aldus de studie.

"Er zijn allerlei kanttekeningen, maar we hebben een nulde-ordevergelijking nodig om deze weg in te slaan", zegt Steckl, een vooraanstaande onderzoeksprofessor die gezamenlijke aanstellingen heeft in elektrotechniek, biomedische technologie en materiaalkunde aan het UC's College of Engineering and Applied Wetenschap.

"Kunnen we de complexiteit van het programmeren van een gevechtsvliegtuig of Marsrover vergelijken met de complexiteit die gepaard gaat met het maken van een genoom van een bacterie?" vroeg Steckl. "Zijn ze van dezelfde orde of zijn ze aanzienlijk gecompliceerder?

"Ofwel biologische organismen zijn veel gecompliceerder en vertegenwoordigen de meest gecompliceerde 'programmering' die ooit is gedaan - dus je kunt het op geen enkele manier kunstmatig dupliceren - of misschien zijn ze van dezelfde orde als het maken van de codering voor een F-35 gevechtsvliegtuig of een luxe auto, dus misschien is het mogelijk."

De wet van Moore is een voorspellend model voor de ontwikkeling van computerchips. Het is genoemd naar computerwetenschapper Gordon Moore, mede-oprichter van Intel, en suggereert dat technologische vooruitgang een exponentiële groei van transistors op een enkele computerchip mogelijk maakt.

En 55 jaar sinds Moore zijn theorie opstelde, zien we hem nog steeds aan het werk in driedimensionale microchips, zelfs als de vooruitgang kleinere voordelen biedt op het gebied van prestaties en vermogensreductie dan eerdere sprongen voorwaarts.

Volgens de studie is sinds 2010 de prijs van het bewerken van genen en het synthetiseren van genomen ongeveer elke twee jaar gehalveerd, zoals de wet van Moore suggereert.

"Dit zou betekenen dat het synthetiseren van een kunstmatig menselijk genoom ongeveer 1 miljoen dollar zou kunnen kosten en eenvoudigere toepassingen zoals een aangepaste bacterie zouden kunnen worden gesynthetiseerd voor slechts $ 4.000", zeiden de auteurs in het onderzoek.

"Deze combinatie van onoverkomelijke complexiteit en matige kosten rechtvaardigt het academische enthousiasme voor synthetische biologie en zal interesse blijven wekken in de regels van het leven", concludeerde de studie.

Evenzo zei Steckl dat bio-engineering een integraal onderdeel zou kunnen worden van vrijwel elke industrie en wetenschap, op vrijwel dezelfde manier waarop computerwetenschap evolueerde van een nichediscipline naar een cruciaal onderdeel van bijna elke wetenschap.

"Ik zie een verband tussen hoe computergebruik als discipline is geëvolueerd. Nu zie je heavy-duty computing in elke wetenschappelijke discipline," zei Steckl. "Ik zie iets soortgelijks gebeuren in de wereld van biologie en bio-engineering. Biologie is overal. Het zal interessant zijn om te zien hoe deze dingen evolueren."

Zowel Steckl als Riolo zijn het erover eens dat het vermogen om kunstmatig leven te creëren niet noodzakelijk de last of morele autoriteit met zich meebrengt om dat te doen.

"Het is niet iets dat lichtvaardig moet worden opgevat", zei Steckl. "Het is niet zo eenvoudig als we het zouden moeten doen, omdat we het kunnen doen. Men moet ook rekening houden met de filosofische of zelfs religieuze implicaties."